一种筏式滑珠波浪能发电装置

1.本实用新型涉及摩擦发电和波浪能能量转换领域，尤其涉及一种筏式滑珠波浪能发电装置。


背景技术：

2.绿色，可持续的能源获取方式是当代社会的主题。尤其是低功率设备的能量供应方式主要以电池为主，这也就意味着定期的更换，不仅费时、费力，废旧的电池同样也给环境带来了巨大的压力。
3.波浪能发电是一种利用波浪进行发电的技术，原理是借助波浪运动带动相应的设备运动，完成机械能的转移，然后通过转换系统将机械能转化为电能，之后，通过导线，接入负载。
4.因此，本方案考虑如何将波浪能应用在发电技术中，解决以往通过电池来供电的弊端，由于波浪能为可再生海洋能的一种，全球蕴含量丰富，开发潜力巨大。因此，加强波浪能的发电技术利用，有助于实现我国海洋发电技术的高效发展。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种筏式滑珠波浪能发电装置，解决了如何使得电源能够长期为设备提供能量的技术问题，省时省力，减少了维护成本，避免了废旧电池给环境带来的不利影响，降低了对环境的压力。
6.一种筏式滑珠波浪能发电装置，包括栅栏结构、设置在所述栅栏结构上的发电组件以及与所述栅栏结构连接的漂浮组件；
7.所述栅栏结构包括若干相互平行的纵杆以及设置在所述纵杆端部的横杆，
8.所述发电组件设置在所述纵杆上。
9.所述发电组件包括设置在所述纵杆上的外输出电极、设置在所述外输出电极上的外摩擦材料、设置在所述纵杆上的空心滑珠，所述空心滑珠上设置有通孔，所述通孔内胶接一层内摩擦材料/内输出电极，所述空心滑珠套设在所述纵杆外侧面，所述内摩擦材料/内输出电极与所述外摩擦材料接触；
10.所述纵杆的一端通过所述外输出电极连接有第一导线，所述空心滑珠的通孔内设置有矩形长凹口并通过所述内摩擦材料/内输出电极与第二导线连接，所述第一导线和所述第二导线均连接在负载上。
11.纵杆：起到承载空心滑珠和支撑结构的作用，材料选用耐用、质量轻且成本低的塑料。
12.空心滑珠：将波浪能转换为自身机械运动的作用，材料选用耐用、质量轻且成本低的塑料。
13.摩擦层材料：起到摩擦起电的作用，内摩擦材料采用对电子吸引力较弱且可以充当输出电极的铝；外摩擦材料采用对电子有较强吸引力且为固体润滑剂且经济的聚四氟乙
烯。
14.输出电极：接收由摩擦所产生的感应电荷，内输出电极采用摩擦层材料铝，外输出电极采用铜，以保证导电性。
15.所述漂浮组件包括环形气囊、分别设置在所述环形气囊两侧的附加气囊、分别设置在所述环形气囊上下两侧的漂浮板，所述漂浮板的四角位置分别设置有平衡板，所述平衡板通过弹簧与所述栅栏结构连接。
16.所述栅栏结构的上下部位均设置有所述漂浮组件，且两个所述漂浮组件和所述栅栏结构整体呈三层的平行结构。
17.环形气囊：为装置提供浮力，使整个装置漂浮于海面上，可随时充气放气。材料采用丁基橡胶，耐高温且延缓老化，适合长期曝晒在海面。
18.附加气囊：为装置提供浮力，增加装置在水中的安全性，使整个装置漂浮于海面上，为密封性气囊。材料采用丁基橡胶，耐高温且延缓老化，适合长期曝晒在海面。
19.漂浮板：起到密封防水的作用。材料采用不易变形，具有一定防腐能力的亚克力。
20.平衡板：起到增加装置的平衡性和稳定性作用。材料采用不易变形，具有一定防腐能力的亚克力。
21.弹簧：起到支撑固定和为上下漂浮板提供小幅度运动缓冲的作用。材料选择为 65mn 弹簧钢，尺寸根据总体结构设计选择弹簧丝直径较大的弹簧。
22.所述环形气囊上设置有气嘴。
23.气嘴：为环形气囊提供充气放气通道，材料采用铝合金，重量轻，利于整个装置的平衡。
24.所述外输出电极为铜胶带，所述铜胶带均匀缠绕在所述纵杆上，所述铜胶带上贴附缠绕一层所述外摩擦材料。
25.所述外摩擦材料为聚四氟乙烯，所述内摩擦材料/内输出电极为铝材料。
26.更优地，栅栏结构和空心滑珠均为塑料材料。
27.本实用新型达成以下显著效果：
28.（1）本实用新型中的机械结构，当结构处在海水中，气囊提供浮力，装置漂浮在海面，在波浪的起伏作用下，空心滑珠与纵杆之间产生轴向的相对运动，带动内外摩擦材料相互摩擦，在摩擦起电和静电感应的作用下，电极材料之间会产生交变电流，顺利的将波浪能转化为电能，省时省力；
29.（2）本装置原理和结构简单，组成零件都为通用零件，制作方便，成本低，使用寿命长，负载的类型可以是 led，此时整个结构可以用作海上照明，负载的类型也可以是检测传感器，例如水文监测系统的传感器。
附图说明
30.图1为本实用新型波浪能发电装置的气囊示意图。
31.图2为本实用新型波浪能发电装置的漂浮板与平衡板的配合示意图。
32.图3为本实用新型波浪能发电装置的气囊与漂浮板的配合示意图。
33.图4为本实用新型波浪能发电装置的栅栏结构的示意图。
34.图5为本实用新型波浪能发电装置的空心滑珠的示意图。
35.图6为本实用新型波浪能发电装置的部分装配示意图。
36.图7为本实用新型波浪能发电装置的整体装配示意图。
37.其中，附图标记为：1、环形气囊；2、附加气囊；3、气嘴；4、漂浮板；5、平衡板；6、纵杆；7、横杆；8、空心滑珠；9、长凹口；10、弹簧；11、栅栏结构。
具体实施方式
38.为了能更加清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
39.如图1所示，两个附加气囊2套在环形气囊1外侧，且对称分布在环形气囊1的长边中部；气嘴3安置在环形气囊1的短边中部。
40.如图2所示，漂浮板4的四角分别设置有平衡板5，上下两漂浮板4尺寸相同且平行放置。
41.如图3所示，环形气囊1与上下两漂浮板4采用胶接固定，保证其密封性。
42.如图4所示，在栅栏结构11中，五根纵杆6、两根横杆7的尺寸分别相同；其栅栏结构11的四角处，将杆端口剪裁成45
°
斜面，然后两两胶接；中部的三根杆打磨成凹口，然后与横杆7胶接。
43.如图4所示，在栅栏结构11中，每根纵杆6上均匀缠绕一层铜胶带，作为外摩擦层的输出电极，并且在每根杆的一端，多出一段铜胶带，来缠绕第一导线，在铜胶带上密切贴附缠绕一层外摩擦材料（聚四氟乙烯），仅在杆两端口处用胶带固定即可。
44.如图5所示，空心滑珠8的空心面上胶接一层内摩擦材料（铝），也作为内摩擦层的输出电极，矩形长凹口9处通过内摩擦材料/内输出电极用于连接第二导线。
45.具体来说，在矩形长凹口9处，多出来一段长度的铝，缠绕第二导线，在凹槽内涂抹胶水，将导线压入凹槽内。
46.在空心滑珠8中，其空心直径与纵杆6的直径近似，两者同轴套在一起。
47.如图6和图7所示，弹簧10与漂浮板4、栅栏结构11，均采用热铆接与胶接两种方式双重固定；
48.本装置三层结构的垂直距离较大，有足够的空间来布置导线，且可以存放小型电容，电容作为本装置的能量暂存容器。
49.本实用新型的工作过程：
50.将上述组装好的筏式滑珠波浪能发电装置投入到海水中，在气囊所提供的浮力和装置所受的重力共同作用下，整个装置漂浮在海面上下各一部分。
51.当海浪的波峰来临时，一侧的水位将会明显升高，装置先接触到波峰的一侧与其对称的一侧形成高度差，装置内的空心滑珠8会沿其所在的每根纵杆6滑动，在滑动的过程中，空心滑珠处的内摩擦材料（铝）和纵杆6上的外摩擦材料（聚四氟乙烯），相互摩擦。
52.当海浪的波峰过后，波浪对装置的抬升作用逐渐消失，装置趋于水平，空心滑珠8因惯性持续运动一会后静止。
53.当下一个波浪的波峰再次作用到装置上时，以上的过程会被再次重复。
54.当很小的波浪来临时，装置稍微倾斜，空心滑珠8就会沿纵杆6滑动；当很大的波浪来临时，波浪可能会直接越过装置，拍打在漂浮板4时，漂浮板4会向下运动，挤压弹簧10，弹
簧10蓄能到最大程度然后自动复位，漂浮板4随之复位。
55.浮在海面上的筏式滑珠波浪能发电装置，在波浪的持续作用下，空心滑珠8与纵杆6往复的相对运动，空心滑珠8上贴附的内摩擦材料（铝）与纵杆6上贴附的外摩擦材料（聚四氟乙烯）充分的相互摩擦。
56.由于外摩擦材料（聚四氟乙烯）对电子的吸附力强于铝，当内摩擦材料（铝）与外摩擦材料（聚四氟乙烯）经过几次的摩擦接触后，内输出电极上的电子会转移到外摩擦材料（聚四氟乙烯）上，使内、外摩擦材料上各自积攒出一定的正、负电荷。
57.当内外摩擦材料在相对运动的摩擦过程中，由于静电感应作用，内输出电极中的正电荷会被吸引，但是内输出电极与外输出电极之间整体是绝缘的，因而电子通过导线流向内输出电极，此时电流由内输出电极流向外输出电极；内外摩擦材料往复摩擦运动时，在内输出电极与外输出电极之间就会形成交变电流。
58.在波浪的不断作用下，空心滑珠8与纵杆6持续的相对运动，即附带着摩擦材料持续相互摩擦，内输出电极和外输出电极之间持续产生交变电流，就可以持续的为电容充电，为负载持续供能。
59.原则上讲，整个装置的尺寸没有严格要求，本文中漂浮板4和气囊的尺寸是参考的单人皮划艇的尺寸（3m*2m）。
60.注：铝不仅用来直接接触摩擦栅栏结构11上面的外摩擦材料（聚四氟乙烯），而且铝本身就具有导电性，缠绕导线，既可以用作内输出电极，也可以用作内摩擦材料。
61.本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。